JP2005328027A - 被処理体の処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 被処理体Wに対して所定の処理を施す処理装置において、真空排気が可能になされた処理容器4と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段12と、前記被処理体の周辺部を支持するために上方へ突状に起立させて設けたリング状の支持部20を有する支持台16と、前記支持台の内側の上面に起立させて設けた複数の熱電変換素子24と、前記支持部に支持される前記被処理体の下面と前記支持台の上面との間で形成される素子収容空間S0内を真空排気する素子収容空間排気手段32と、を備える。これにより、不要な介在部品をなくして熱伝導効率を向上させることが可能となる。
【選択図】 図1
Description
このようなアニール処理を可能とするために、従来の処理装置では、加熱ランプを収容したランプハウスに輻射熱を遮断するシャッター機構を設け、高温でアニール処理した後にウエハ温度を降温させる際にこのシャッター機構を作動させて加熱ランプからの輻射熱を遮断し、ウエハの高速降温を行うようになっている。
また、素子モジュール上に、別部品であるサセプタを乗せて、この上にウエハを載置する構造であるために、ウエハとペルチェ素子との間に薄板状の部材が介在することになり、この薄板状の部材の存在により熱伝導効率に関して限界がある、といった問題もあった。
また本発明の他の目的は、サセプタのような被処理体を載置する載置板を設けた場合には、この載置板の熱伸縮を許容して破損等を防止することが可能な被処理体の処理装置を提供することにある。
更に、熱電変換素子のまわり(周囲)は、真空状態となるので、熱電変換素子によって移動した熱の逆流を最少にすることができる。
また被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
このように、リング状の支持部で載置板の周辺部を支持する支持台上に複数の熱電変換素子を配列し、この載置板の上面に被処理体を載置し、そして、熱電変換素子を収容した素子収容空間内を真空排気することにより、載置板を、いわば真空チャックして載置板の下面と熱電変換素子の上端面とを直接的に接触させた状態で固定するようにしたので、上記載置板の平面方向における熱伸縮を許容できるのみならず、この載置板と熱電変換素子との密着性が向上してこれらの間の熱伝導抵抗を大幅に低減でき、結果的に熱伝導効率を大幅に向上させることができる。
更に、熱電変換素子のまわり(周囲)は、真空状態となるので、熱電変換素子によって移動した熱の逆流を最少にすることができる。
また被処理体が熱電変換素子等の構成元素により汚染されることを防止することができる。
また例えば請求項4に規定するように、前記載置板は、水平方向への熱伸縮を許容するようになされた複数のピンにより固定されている。
また例えば請求項5に規定するように、前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構を有する。
また例えば請求項6に規定するように、前記支持部の載置面は、前記熱電変換素子の上端面と同等か、これよりも僅かに高くなされている。
また例えば請求項7に規定するように、前記熱電変換素子の高さは、前記支持台の中心部より周辺部の方が僅かに高くなっている。
このように、支持台上に複数の熱電変換素子を配列してこの上端面に被処理体を直接的に載置し、そして、クランプ機構でこの被処理体の周辺部を下方向へ押圧して固定するようにしたので、被処理体と熱変換素子との間に存在する不要な部材をなくすことができると共に、被処理体と熱電変換素子との密着性が向上してこれらの間の熱伝導抵抗を大幅に低減でき、結果的に熱伝導効率を大幅に向上させることができる。
また被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
また例えば請求項10に規定するように、前記熱電変換素子の高さは、前記支持台の中心部より周辺部の方が僅かに低くなっている。
このように、支持台上に複数の熱電変換素子を配列してこの上端面に載置板をのせ、この載置板上に被処理体を載置し、そして、クランプ機構でこの被処理体の周辺部を下方向へ押圧して固定するようにしたので、上記載置板の平面方向における熱伸縮を許容できるのみならず、この載置板と熱電変換素子との密着性が向上してこれらの間の熱伝導抵抗を大幅に低減でき、結果的に熱伝導効率を大幅に向上させることができる。また被処理体が熱電変換素子等の構成元素により汚染されることを防止することができる。
また例えば請求項13に規定するように、前記複数の熱電変換素子は、所定の数の熱電変換素子を集合させてなる素子モジュールを、複数個配列することにより設けられる。
また例えば請求項14に規定するように、前記支持台には、冷却媒体を流すための冷媒通路が形成されている。
また例えば請求項15に規定するように、前記被処理体を加熱する加熱手段が設けられる。
この場合、配線を形成する導電性材料が剥き出し状態になされているので、接触面の熱の応答性が向上し、温度制御の精度を向上させることができる。
また例えば請求項17に規定するように、前記上部配線の上面は、前記被処理体の下面に直接的に接触するように構成されている。
この場合、被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
このように、上部配線や下部配線の表面自体に、例えばその配線の材料の化合物である絶縁膜により覆うようにしたので、この配線自体を導電性のある被処理体下面や支持台表面に、別体で形成した板状の絶縁材を介在させることなく直接的に接触させることができる。従って、その分、熱伝導性が向上して熱の応答性を更に向上させることができる。
また例えば請求項20に規定するように、前記下部配線の表面は前記絶縁膜により覆われており、前記下部配線の下面は前記支持台の表面に直接的に接触されている。
また例えば請求項21に規定するように、前記絶縁膜は、前記導電性材料の炭化物、フッ化物、ケイ化物、酸化物、窒化物よりなる群より選択されるいずれか1つである。
また例えば請求項22に規定するように、前記導電性材料は、炭素(カーボン)、アルミニウム、タンタル、タングステン、Ni−Ti合金(超弾性合金)、Fe−Cr−Ni−Mo2相ステンレス(超塑性材)、シリコンよりなる群より選択されるいずれか1つである。
また例えば請求項23に規定するように、前記上部配線及び下部配線は板状に成形されている。
請求項1に係る発明によれば、リング状の支持部で被処理体の周辺部を支持する支持台上に複数の熱電変換素子を配列し、この熱電変換素子を収容した素子収容空間内を真空排気することにより、被処理体を、いわば真空チャックして被処理体の下面と熱電変換素子の上端面とを直接的に接触させた状態で固定するようにしたので、被処理体と熱変換素子との間に存在する不要な部材をなくすことができると共に、被処理体と熱電変換素子との密着性が向上してこれらの間の熱伝導抵抗を大幅に低減でき、結果的に熱伝導効率を大幅に向上させることができる。
また被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
また被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
請求項17に係る発明によれば、被処理体と熱電変換素子の上端面とが直接的に接触する結果、熱の応答性が向上するので、温度制御の精度を向上させることができる。
請求項18乃至23に係る発明によれば、上部配線や下部配線の表面自体に、例えばその配線の材料の化合物である絶縁膜により覆うようにしたので、この配線自体を導電性のある被処理体下面や支持台表面に、別体で形成した板状の絶縁材を介在させることなく直接的に接触させることができる。従って、その分、熱伝導性が向上して熱の応答性を更に向上させることができる。
<第1実施例>
図1は本発明の被処理体の処理装置の第1実施例を示す断面構成図、図2は支持台の周辺部を示す部分拡大断面図、図3は熱電変換素子の配列状態を示す平面図である。
図1に示すように、この処理装置2は、例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器4を有している。この処理容器4の天井部は開口されており、この開口部には、Oリング等のシール部材6を介して透明な透過窓8が気密に設けられている。
そして、上記支持台16には、上記ウエハWの下面と上記支持台16の上面との間で区画形成される素子収容空間S0内を真空排気するための素子収容空間排気手段32が設けられる。具体的には、上記支持台16には上記素子収容空間S0に連通される排気口34が設けられており、この排気口34には、図示しない真空ポンプの介設された排気系36が接続され、必要に応じて上記素子収容空間S0内を真空引きし、これにより、上記ウエハWを下方向へたわませて真空チャックできるようになっている(図2(B)参照)。
またこの支持台16には、冷却媒体を流すための冷却通路46が形成されており、この冷却通路46は、冷却水循環器48に流路50を介して接続され、必要に応じて冷却媒体を循環させつつ流すことにより上記支持台16側、すなわちペルチェ素子24の下面側を冷却するようになっている。
このようにして、アニール処理が終了したならば、ウエハWの温度を急速に冷却する高速降温を行うために、各加熱ランプ52Aを消灯すると共に、各ペルチェ素子24に流す電流の方向を切り替えて、この上端面が冷えるような方向で電流を流す。これにより、処理容器4内の対流と放射による冷却効果以外に各ペルチェ素子24の上端面に冷熱が発生して冷却されるので、これと接しているウエハWが冷却されてウエハWを急速に冷却することができ、ウエハWの高速降温を行うことができる。
この時も、素子収容空間排気手段32は継続的に動作しているので、図2(B)に示すように、ウエハWの下面と各ペルチェ素子24の上端面とは、ウエハWの下面全面において直接的に接触しているので、先にアニール処理時に説明したときと同じ理由で、ウエハWを効率的に冷却してこれを降温させることができ、また、ウエハWの上下空間S、S0間の差圧を調整することにより、降温レートも調節することができる。
図4は、本発明の第1実施例の処理装置と従来の処理装置の降温レートを比較したシミュレーション結果を示すグラフである。ここではウエハWを1000℃まで昇温し、この温度から降温させた時の降温レートを示している。図4から明らかなように、従来の処理装置の場合には、アルミニウム製の載置台の熱容量が大きいことから、ウエハ温度にほとんど関係なく降温レートが10〜20℃/secで非常に低い。これに対して、本発明の第1実施例の場合には、処理装置の内部の熱容量が非常に小さいことから、ウエハ温度は100〜数100℃/secの高い降温レートを示しており、ウエハWを迅速に且つ効率的に降温させることができることを確認できた。
次に、本発明の第2実施例について説明する。
図1に示す第1実施例の場合にはウエハWの下面を各ペルチェ素子24の上端面へ密着させる手段として素子収容空間排気手段32を設けたが、これに替えて、従来周知のクランプ機構を用いてもよい。
図7はこのような本発明の第2実施例を示す断面構成図である。尚、図1に示す装置の構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。図7に示すように、ここでは図1に示す装置において設けた素子収容空間排気手段32は設けておらず、これに替えてウエハWの周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構60を設けている。また、この場合は、図1に示す支持部20を設けても良く、或いは図7に示すように設けなくてもよい。上記支持台20を設けない場合には、ウエハWはペルチェ素子24の上端面に直接載置することになる。具体的には、このクランプ機構60は、例えばAlN等のセラミック等よりなるリング状のクランプ板62を有している。
この第2実施例によれば、加熱アニール時及び冷却時にはリング状のクランプ板62の内周部の下面でウエハWの周辺部の上面を、スプリング66の弾性力により押圧する。これにより、ウエハWの下面は各ペルチェ素子24の上端面と密着状態で接触することになり、第1実施例の場合と同様な作用効果を発揮でき、例えば熱抵抗を減少させて熱伝導効率を向上させることができる。またウエハWの下面とペルチェ素子24の上端面との間に余分な部材が入らないので、熱応答性も向上させることができる。
これによれば、ウエハWの下面と各ペルチェ素子24の上端面との密着性が向上するので、熱伝導効率を一層向上させることができる。
次に、本発明の第3実施例について説明する。
上記第1及び第2実施例では、ウエハWの下面が、各ペルチェ素子24の上端面と直接的に接触することから、場合によってはペルチェ素子24等を構成する金属元素、例えばゲルマニウム、ビスマス、テルル、鉛等によりウエハW自体が金属汚染を受ける恐れが生ずる。そこで、この第3実施例では、ウエハWの金属汚染を防止するようにしている。図8はこのような本発明の第3実施例を示す断面構成図、図9は第3実施例の載置板を示す平面図である。尚、図1に示す装置の構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
しかも、この載置板74を設けたので、ペルチェ素子24を構成する金属元素等が上方に飛散しても上記載置板74でトラップされるので、ウエハWが金属汚染されることを未然に防止することができる。また載置板74は、真空チャックされるので、この下面を各ペルチェ素子24の上端面に確実に接触させることができる。
そこで、この場合には、図9に示すように載置板74の周辺部の一部をピン76で固定し、そして、このピン76に対して、例えば載置板74の直径方向の反対側に位置する部分を、長孔78を介してピン80で止める。この長孔78の長さ方向は、上記他方のピン76の方向に向けられている。これにより、載置板74自体の水平方向への熱伸縮は許容しつつ、その位置ずれを防止することができ、その結果、配線パターン(上部配線)と各ペルチェ素子24の上部電極とを電気的に接合することができる。また急激な昇降温によるウエハ変形、載置台変形に伴うウエハWの跳ね上がりも防止できるのは勿論である。尚、これらのピン76、80等は、載置板74の下面に配線パターンの有る無しに関係なく設けて、ウエハWの跳ね上がりを防止するようにしてもよい。
次に、本発明の第4実施例について説明する。
この第4実施例は、上記第2実施例と第3実施例とを組み合わせた装置である。図10はこのような本発明の第4実施例を示す断面構成図、図11は載置板を示す平面図である。図1、図7及び図8に示す装置の構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図10に示すように、この第4実施例では、第1実施例で用いた素子収容空間排気手段32(図1参照)は用いずに、これに替えてクランプ機構60(図7参照)を用いてウエハWの周辺部を押圧するようにしており、更に、第3実施例で用いた載置板74(図8参照)を用いてこの上面にウエハWを載置するようにしている。
そして、このガイドピン86は、載置板74の周方向に沿って略等間隔で3箇所設けられており、各ガイドピン86の先端部は、上記載置板74の側面に形成されたガイド穴88にそれぞれ遊嵌状態で挿入されている。これにより、上記載置板74自体の水平方向の熱伸縮を許容できると共に、載置板74の跳ね上がりも防止することができる。尚、この載置板74の下面に第3実施例の場合と同様に配線パターンを形成するようにしてもよい。この第4実施例の場合には、先に説明した第2及び第3実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
次に、本発明の第5実施例について説明する。
先に説明した第1〜第4実施例においては、P型とN型のペルチェ素子24を接合する上部配線28及び下部配線30の表面は、それぞれ両配線28、30を構成する導電性材料(導電性金属)が剥き出し状態にされている場合を主に説明したが、この場合には、ペルチェ素子24間の短絡を防止する必要からウエハWの裏面(下面)は常に絶縁状態になっていることが必要である。しかしながら、実際の処理装置では、ウエハの裏面の状態は様々な状態になっている。例えばベアウエハは当初より裏面が導電性の状態になっており、またウエハ裏面に絶縁性の酸化膜が形成されていても、この酸化膜が部分的に剥がれ落ちて導電性部分が剥き出し状態になっていたり、この酸化膜自体が不十分であってある程度の導電性が生じていたり、或いは定期的、または不定期的に流される品質管理用のウエハは裏面が削られてベア状態となって導電性材料が露出している。従って、このようなウエハもペルチェ素子の短絡を生ぜしめることなく処理できるようにするためには、何らかの絶縁処理を施さなければならない。
上記導電性材料の化合物としては、その材料の例えば炭化物、フッ化物、ケイ化物、酸化物、窒化物等が、その導電性材料に応じて選択して用いられる。具体的には、上記上部配線28及び下部配線30を構成する導電性材料としては、炭素(カーボン)、アルミニウム、タンタル、タングステン、Ni−Ti合金(超弾性合金)、Fe−Cr−Ni−Mo2相ステンレス(超塑性材)、シリコン等から適宜選択して用いることができる。尚、上記炭素としては先に説明したカーボン繊維プレート等が対応する。
上記のように、上部配線28の表面に、その材料の化合物よりなる絶縁膜28Aを設けるようにしたので、ウエハWの下面の状態に関係なく、上部配線28上にウエハWを直接的に接触させて載置することができ、その結果、この接触部分の熱抵抗が少なくなって、その分、熱応答性を向上させることができる。
上記説明では、上部配線28と下部配線30の両方の表面に絶縁膜28A、30Aをそれぞれ形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上部配線28と下部配線30のいずれか一方に絶縁膜を設けるようにしてもよい。
尚、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも本発明を適用することができる。
3 処理容器
8 透過窓
12 ガスノズル(ガス導入手段)
16 支持台(底部)
20 支持部
20A 載置面
24 ペルチェ素子(熱電変換素子)
28 上部配線
30 下部配線
32 素子収容空間排気手段
46 冷却通路
52 加熱手段
52A 加熱ランプ
S 処理空間
S0 素子収容空間
Claims (23)
- 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記被処理体の周辺部を支持するために上方へ突状に起立させて設けたリング状の支持部を有する支持台と、
前記支持台の内側の上面に起立させて設けた複数の熱電変換素子と、
前記支持部に支持される前記被処理体の下面と前記支持台の上面との間で形成される素子収容空間内を真空排気する素子収容空間排気手段と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。 - 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
上方へ突状に起立させて設けたリング状の支持部を有する支持台と、
前記支持台の内側の上面に起立させて設けた複数の熱電変換素子と、
前記支持部に支持されると共に、その上面に前記被処理体を載置するための載置板と、
前記支持部に支持される載置板の下面と前記支持台の上面との間で形成される素子収容空間内を真空排気する素子収容空間排気手段と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。 - 前記載置板の下面には、前記熱電変換素子間を電気的に接続する配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項2記載の被処理体の処理装置。
- 前記載置板は、水平方向への熱伸縮を許容するようになされた複数のピンにより固定されていることを特徴とする請求項2または3記載の被処理体の処理装置。
- 前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構を有することを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記支持部の載置面は、前記熱電変換素子の上端面と同等か、これよりも僅かに高くなされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記熱電変換素子の高さは、前記支持台の中心部より周辺部の方が僅かに高くなっていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記被処理体を支持するための支持台と、
前記支持台の上面に起立させて設けられると共に、その上端面に前記被処理体の下面を直接的に接触させて支持する複数の熱電変換素子と、
前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。 - 前記クランプ機構は、前記被処理体の周辺部の上面と接触するリング状のクランプ板を有することを特徴とする請求項8記載の被処理体の処理装置。
- 前記熱電変換素子の高さは、前記支持台の中心部より周辺部の方が僅かに低くなっていることを特徴とする請求項8または9記載の被処理体の処理装置。
- 被処理体に対して所定の処理を施す処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記被処理体を支持するための支持台と、
前記支持台の上面に起立させて設けられる複数の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の上端面で支持されると共に、その上面に前記被処理体を直接的に載置する載置板と、
前記被処理体の周辺部を下方向へ押圧するためのクランプ機構と、
を備えたことを特徴とする被処理体の処理装置。 - 前記載置板は、この上方向への移動を規制すると共に、面方向への熱伸縮を許容するための熱伸縮許容ピンがその周辺部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項11記載の被処理体の処理装置。
- 前記複数の熱電変換素子は、所定の数の熱電変換素子を集合させてなる素子モジュールを、複数個配列することにより設けられることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記支持台には、冷却媒体を流すための冷媒通路が形成されていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記被処理体を加熱する加熱手段が設けられることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記起立させて設けた複数の熱電変換素子の上端部同士は上部配線で選択的に接続されると共に、下端部同士は下部配線で選択的に接続され、前記上部配線と下部配線の内の少なくともいずれか一方は、配線を形成する導電性材料が剥き出し状態になされていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記上部配線の上面は、前記被処理体の下面に直接的に接触するように構成されていることを特徴とする請求項16記載の被処理体の処理装置。
- 前記起立させて設けた複数の熱電変換素子の上端部同士は上部配線で選択的に接続されると共に、下端部同士は下部配線で選択的に接続され、前記上部配線と下部配線の内の少なくともいずれか一方は、その表面が絶縁膜により覆われていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記絶縁膜は、前記配線を形成する導電性材料の化合物であることを特徴とする請求項18記載の被処理体の処理装置。
- 前記下部配線の表面は前記絶縁膜により覆われており、前記下部配線の下面は前記支持台の表面に直接的に接触されていることを特徴とする請求項18または19記載の被処理体の処理装置。
- 前記絶縁膜は、前記導電性材料の炭化物、フッ化物、ケイ化物、酸化物、窒化物よりなる群より選択されるいずれか1つであることを特徴とする請求項18乃至20のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記導電性材料は、炭素(カーボン)、アルミニウム、タンタル、タングステン、Ni−Ti合金(超弾性合金)、Fe−Cr−Ni−Mo2相ステンレス(超塑性材)、シリコンよりなる群より選択されるいずれか1つであることを特徴とする請求項16乃至21のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
- 前記上部配線及び下部配線は板状に成形されていることを特徴とする請求項16乃至22のいずれかに記載の被処理体の処理装置。
Priority Applications (5)
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